Transcript
Ó p tica / F í sica del l á ser
UE4070330
Láser de Nd:YAG
UE4070330 F UNDA ME N T O S GE NE R A L E S En campos electromagnéticos fuertes los materiales cambian con frecuencia sus propiedades ópticas. Así que en un material como tal se puede, por ejemplo, duplicar la frecuencia de la luz de láser de fuerte intensidad. Para la descripción de estos fenómenos se observa la polarización del material que cambia en forma no lineal con la intensidad del campo electrico: Si el material no es magnético, la ecuación de onda para la intensidad del campo eléctrico E tiene la forma: (1)
TA RE A S
ΔE ( r,t ) −
P! : Polarización del material ε0: Constante eléctrica de campo c: Velocidad de la luz Entre la polarización y la intensidad del campo existe la relación no lineal
OB JE T I V O Duplicación de frecuencia con resonandor interno en un láser de Nd:YAG
• Generación de radiación de frecuencia duplicada insertando un cristal de KTP en el resonador. • Medición de la potencia de salida de la radiación de frecuencia duplicada en dependencia de la potencia de la onda fundamental. • Estudio de la dependencia de la orientación y de la temperatura del cristal.
(
E VA L U A CIÓN Para la comprobación de la dependencia del cuadrado de la potencia primaria Pf, se aprovecha la dependencia conocida en experimentos previos de la potencia primaria de la corriente de inyección I del diodo láser.
)
2 P! (t ) = ε0 ⋅ χ1 ⋅E (t ) + χ 2 ⋅E (t ) χ1, χ2: Susceptibilidades de primer y segundo orden Es decir, que un campo eléctrico oscilante con la frecuencia f
(2)
RE S UME N En campos electromagnéticos fuertes los materiales cambian con frecuencia sus propiedades ópticas. Así que, en un material como tal se puede, por ejemplo, duplicar la frecuencia de la luz de láser de fuerte intensidad. En el experimento se utiliza un cristtal de KTP, para generar, por duplicación de frecuencia, la radiación verde con la longitud de onda de 532 nm a partir de la radiación infrarroja de 1064 nm de un láser de Nd:YAG. El cristal es en muchos aspectos apropiado, porque se comporta desde un punto de vista óptico fuertemente no lineal y absorbe muy poco, tanto la radiación con la frecuencia de salida así como la radiación con frecuencia duplicada.
hf
E (t ) = E 0 ⋅exp(i ⋅2π ⋅ f ⋅t )
(3)
2hf hf
produce una polarización que se compone de dos partes. La parte P!1 (t ) = ε0 ⋅ χ1 ⋅E 0 ⋅exp(i ⋅2π ⋅ f ⋅t )
(4)
Fig. 1: Representación esquemática de la duplicación de frecuencia oscila con la frecuencia simple f y describe la variación de la velocidad de la luz en el material. La parte
E q uip o re querido Número Aparato
3
1 ∂2 1 ∂2 ! P ( r,t ) ⋅ E ( r,t ) = ⋅ c 2 ∂t 2 ε0 ⋅c 2 ∂t 2
En el experimento se utiliza un cristal de KTiOPO4 (KPT), para generar luz verde con la longitud de onda de 532 nm a partir de la radiación infrarroja de 1064 nm de un láser de Nd:YAG por medio de duplicación de frecuencia. El cristal es en muchos aspectos apropiado, porque se comporta desde un punto de vista fuertemente no lineal y absorbe muy poco, tanto la radiación con la frecuencia de salida así como la radiación con frecuencia duplicada.
P!2 (t ) = ε0 ⋅ χ 2 ⋅E 02 ⋅exp(i ⋅2π ⋅2 f ⋅t )
(5) Articolo N°
1
Driver de diodo láser y controlador doble de temperatura Dsc01-2,5
1008632
1
Banco óptico KL
1008642
1
Diodo láser 1000 mW
1009497
1
Cristal Nd:YAG
1008635
1
Módulo de duplicación de frecuencia
1008636
1
Espejo láser II
1008639
1
Fotodiodo PIN
1008640
1
Filtro BG40
1017874
1
Diodo láser de ajuste
1008634
1
Maleta de transporte KL
1008651
1
Gafas de protección láser para Nd:YAG
1002866
1
Multímetro digital P3340
1002785
1
Cable HF, conector macho BNC / 4 mm
1002748
1
Tarjeta de detector infrarrojo
1017879
A D V E R T E NCI A En el experimento se trabaja con una instalación de láser de clase 4, la cual emite en la gama expectral infrarroja (no visible). Por lo tanto siempre se deben llevar puestas gafas de protección para láseres. Además, inclusive con las gafas de protección puestas, nunca de debe observar directamente el rayo láser.
oscila con la frecuencia duplicada 2f y actúa, según (1), como fuente para una nueva compomente del campo electromagnético. Desde el punto de vista de la representación de fotones, dos fotones con la frecuencia f se convierten en un fotón con la frecuencia 2f (ver la Fig. 1). Por razones de la conservación del impulso, la ganancia aquí es especialmente grande, cuando la desadaptación de la fase (6)
L 2π 2π L 2π Δk ⋅ = 2 ⋅ − ⋅ = ⋅ f ⋅L⋅ nf − n2f 2 λ f λ 2f 2 c
L: Longitud del resonador λf, λ2f: Longitudes de onda en el material con frecuencias sencilla y doble en lo mejor posible, asume el valor cero. Los índices de refracción nf y n2f del material deben coincidir lo más posible, lo cual se puede lograr en materiales birrefringentes con fuerte anisotropía espacial y orientación apropiada (ver la Fig. 2). Esto tiene como consecuencia que la ganancia depende de la orientación espacial del material que duplica la frecuencia. La densidad de potencia P2f de la nueva radiación depende del cuadrado de la densidad de potencia Pf de la radiación fundamenteal. Se establece (7)
P2f = Pf2 ⋅
L2 L sin x ⎞ ⋅C ⋅F ⎛⎜ Δk ⋅ ⎞⎟ con F ( x ) = ⎛⎜ ⎝ ⎝ x ⎟⎠ A 2⎠
n2f(o) n2f(eo) n2f(o) n2f(eo)
Fig. 2: Representación esquemática para la adaptación de fase por la utilización de la birrefringencia en el material n(o): Índice de refracción del rayo ordinario n(eo): Índice de refracción del rayo extraordinario
1
F
2
A: Sección transversal del resonador C: Constante del material con longitud de onda indicada
0 -10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
x
10
Fig. 3 Reprentación de la función F(x)
200
3B Scientific® Experiments
...going one step further
201